Почему JPEG не мертв и HEIF — решение?

Это похоже на дурной сон, только хуже. Когда вы думали, что кошмары закончились, вы просыпаетесь в холодном поту, охваченном теми же повторяющимися ужасами. Да, JPEG действительно настолько плох, почему мы продолжаем за него цепляться? Не пора ли нам убить его и перейти к чему-то лучшему?

Необходимость в формате JPEG была очень реальный — передача изображений через сети с очень низкой пропускной способностью для отображения. Низкая пропускная способность применяется как к носителю данных, так и к каналу передачи. Это может быть жесткий диск или гибкий диск, удаленный доступ к сети или, возможно, более популярная сеть sneaker-net! До этого момента изображения хранились как необработанные растровые изображения (BMP), которые содержали все отдельные значения пикселей RGB или оттенков серого. Это было крайне неэффективно для хранения и передачи данных, но было краеугольным камнем для простых алгоритмов. Методы сжатия изображений были быстро разработаны, такие как кодирование длины серии (RLE), которое идентифицирует смежные пиксели, которые имеют одно и то же значение, и просто сохраняет эту информацию. Даже в этом контексте существовал конкурирующий компромисс между разрешением, размером файла и скоростью загрузки. Я отчетливо помню, как ожидал десятки секунд загрузки отдельных фотографий в оттенках серого на мой компьютер под управлением операционной системы MS-DOS. Конечно, эти системы сжатия не особенно хорошо работали для изображений с непрерывным тоном, таких как фотографии. Требовалась альтернатива, которая работала бы с фотографиями при низкой пропускной способности. Введите JPEG.

JPEG является аббревиатурой от Joint Photographic Experts Group, которая была сформирована как подгруппа Объединенного технического комитета 1 ISO/IEC, Подкомитета 29, Рабочая группа 1. Для простота, он был известен как ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 1! Учитывая важность проблемы, две основные организации по стандартизации (ISO и IEC) объединились и выпустили формат JPEG для цифровых неподвижных изображений в 1992 году. Важно отметить, что он был бесплатным.

С философской точки зрения JPEG комитет не возражал, если они вырезали исходное изображение, если оно выглядело хорошо. Это было ключом к открытию легкости хранения и передачи цифровых изображений. В частности, он должен был выглядеть привлекательно для человеческого глаза. Независимо от входных данных, слои RGB (или одна градация серого) сокращаются до 8-битных данных перед сглаживанием до такой степени, что они выглядят так же или почти так же, как исходное изображение. Первичная настройка — «качество», которая агрессивно увеличивает степень сжатия за счет эффективности. Однако преимущество заключается в том, что файлы меньшего размера с коэффициентом сжатия 10: 1, а также более высокая скорость записи.

Алгоритм, лежащий в основе формата файла, использует дискретное косинусное преобразование (DCT) в окнах 8×8 пиксели (или ядра). DCT «подогнан» к базовым данным изображения — точность подгонки определяет степень сжатия, при этом для более точной подгонки требуется больше места для хранения. Несмотря на свою эффективность, использование DCT привело к некоторым значительным проблемам с качеством конечных изображений. Во-первых, довольно часто можно увидеть «блочные» артефакты, особенно в сильно сжатых изображениях, которые возникают из-за базовых ядер 8×8. Во-вторых, ядра DCT также являются причиной постеризации, которая приводит к пиксельным переходам через плавные тональные изменения (как показано на изображении ниже). В-третьих, каждый раз, когда вы повторно сохраняете JPEG, повторно применяется DCT, что вызывает прогрессирующую деградацию. Одна из наиболее частых причин этого — поворот изображения с последующим редактированием. Поскольку вращение просто изменяет пиксель, указанный в качестве источника изображения, нет необходимости в повторном сохранении, и поэтому это стало причиной введения вращения без потерь.

Будущее?

JPEG в его первоначальном воплощении был решением 1980-х годов проблемы 1970-х годов. Он полностью удовлетворил потребность и идеально подошел для последующего взрыва цифровых фотоаппаратов. Однако он быстро натолкнулся на неотъемлемые проблемы, указанные выше, и поэтому потребовалась альтернатива. Стандарт JPEG2000 был введен в действие в 2000 году и использовал дискретное вейвлет-преобразование (DWT) для достижения гораздо большей гибкости, но только с небольшим увеличением степени сжатия. В конечном итоге он был слишком сложным для своего времени, не имел обратной совместимости и требовал значительно более высоких требований к обработке. Это полезный урок о том, как стандарты могут влиять на технологическое развитие — JPEG никогда не задумывался как формат изображения de facto в течение 28 лет, и, тем не менее, рассчитывая, именно так он и закончился.

Нам отчаянно нужен новый формат по одной причине: JPEG ужасно плох для любого вида долгосрочного архивирования.

Если вы хотите разделенное изображение без каких-либо ограничений для быть постоянным рекордом для будущих поколений, тогда продолжайте использовать JPEG, однако ему действительно нет места в арсенале фотографов. Из трех основных преимуществ, возможно, ни одно из них больше не существует. Обратная совместимость важна для широкой поддержки систем захвата и отображения, однако есть хорошие альтернативы, которые требуют широкого внедрения. Статус без лицензионных отчислений важен, и именно здесь нам нужно, чтобы организации по стандартизации снова вмешались. Размер файла гораздо менее важен, чем когда-либо; Датчики с разрешением ~ 24 мегапикселя идеально подходят для разрешения, и вы можете с удовольствием снимать весь день на текущие карты памяти. Датчики с более высоким разрешением, такие как Fuji GFX100, по-прежнему вызывают головную боль, но вы обнаружите, что они находятся в руках тех, кто знаком с проблемами обработки данных.. Возможно, есть какое-то обоснование использования JPEG для фотографов, которым требуется высокая скорость съемки, однако с Canon 1DX Mk III, способной снимать до 1000 необработанных файлов со скоростью 20 кадров в секунду, эта разница быстро уменьшается по мере того, как технология постепенно утрачивается.

Производители фотоаппаратов частично виноваты в ситуации, в которой мы сейчас оказались, и, безусловно, должны сыграть свою роль. Примечательно, что даже несмотря на стремление Adobe популяризировать необработанный формат DNF, большинство из них по-прежнему придерживаются своих проприетарных типов, хотя, по крайней мере, они широко поддерживаются. Тем не менее, JPEG остается стойким, когда другие форматы должны быть широко восприняты. Частично виной всему — помимо недостаточной ориентации на отрасль — было то, что производители не продолжили обновлять прошивку. Например, на моем устаревшем NAS-устройстве Synology DS112 установлена ​​та же версия микропрограммы, что и на последней версии Diskstation 220j: почему производители камер не могут действовать так же активно? Долговечность JPEG является настолько важной проблемой, что производители должны почувствовать неявное требование обновить старые камеры.

Конечно, есть наследник, очевидно, ожидающий своего часа в виде формата HEIF. который был разработан Группой экспертов по движущимся изображениям (MPEG) и также не требует лицензионных отчислений, имеет лучшее сжатие и большую битовую глубину, что важно для мобильной съемки. Это причина, по которой Apple включила его в iOS в 2017 году, и по этой причине HEIF теперь широко применяется в других операционных системах и приложениях. Canon является первым производителем камер, который включил поддержку (в 1DX Mk III), однако вызывает разочарование то, что другие производители еще не последовали их примеру.

Тем не менее, еще неизвестно, HEIF — это формат, которого фотографы ждали, или если он используется в меру своих возможностей. Apple и Canon, похоже, фокусируются на размере файла, сохраняя при этом такое же или лучшее качество. Учитывая задействованные варианты использования, это сделано для того, чтобы минимизировать время загрузки. Однако нам нужно гораздо более широкое распространение для шутеров, не использующих камеру (SOOC), которые реализуют более низкие уровни сжатия. Другой формат на горизонте и приближающийся к ратификации — это JPEG XL, который должен обеспечивать эту функциональность, лучше балансируя сжатие, качество и скорость кодирования. Это подчеркивает, насколько плохо производители камер продвигают свои платформы прошивки: необходимо кардинально изменить то, как они достигают этого, а нынешняя парадигма не работает для фотографов. Возможно, Zeiss ZX1 — это путь вперед, который позволит использовать архитектуру plug and play для развертывания ряда новых функций. Каким бы ни было будущее, нынешние производители подводят своих пользователей.

Apple никогда не стеснялась принимать новые стандарты в погоне за увеличением производительности, и мы отчаянно нуждаемся в том, чтобы производители камер также последовали их примеру.. Я, например, не хочу видеть возможность съемки в формате JPEG в каких-либо будущих камерах.

Изображение любезно предоставлено Майклом Гэблером из Википедии.

Оцените статью
toodcast.ru
Добавить комментарий